光遺伝学と磁気共鳴機能画像法の融合による大脳記憶機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24220008
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮下 保司 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 名誉教授 (40114673)
• 研究分担者: 饗場 篤 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20271116) ; 内山 安男 順天堂大学, 医学部, 特任教授 (10049091)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 認知神経科学 / 磁気共鳴機能画像法 / 霊長類 / 大脳 / 光遺伝子

研究実績の概要

本年度は、まずメタ記憶課題遂行中のサル大脳ネットワークの機能抑制擾乱時ダイナミクスの解析に大きな成果を挙げた（Miyamoto et al., Science 2017）。再認の成功・不成功に関する自己の確信度を判断する課題（メタ記憶課題）をサルに訓練した。ヒトと同じ精神物理学的指標であるmeta-d’ やФを用いてサルの行動を評価し、サルが実際にメタ記憶課題を正しく遂行していることを示した。その上で、fMRI計測によって2つの「メタ記憶」関連領域(前頭葉9野，6野)を同定した。更に、その神経活動と行動の間の直接的な因果関係を調べるための介入実験として、ムシモール(GABAA 受容体アゴニスト)を用い、fMRI実験によって同定されたそれぞれの領域に対して別々に薬理学的介入を行うと、それぞれの介入による行動指標への影響に乖離が見られることを発見した。即ち、9野に対する介入は遠隔記憶のメタ判断を特異的に阻害し、6野に対する介入は近時記憶のメタ判断を特異的に阻害することが明らかになった。一方、神経回路特異的な情報処理メカニズムとして、記憶の想起時にサル側頭葉36野の大脳皮質は層構造ごとに異なる情報処理機能を担っていることを明らかにした（Koyano et al., Neuron 2016）。ここでは、高磁場MRIと組織切片法を組み合わせた新しい手法を開発して、記憶想起課題を遂行中の神経細胞の位置を、層構造が区別できる精度で同定して詳細にマッピングした。その結果、第２層～４層の神経細胞が手がかり刺激情報を保持し、第５層・６層の神経細胞が想起対象への情報変換を処理しており、想起対象への変換は第５層で６層よりも早く始まっていることを発見した。これらの結果は、サル大脳ネットワークの大域構造および局所情報処理メカニズムを解明する本研究に大きく貢献する成果であると評価している。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Causal neural network of metamemory for retrospection in primates. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, K., Osada, T., Setsuie, R., Takeda, M., Tamura, K., Adachi, Y., and Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Science 巻: 355 ページ: 188-193
  • DOI: 10.1126/science.aal0162
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laminar module cascade from layer 5 to 6 implementing cue-to-target conversion for object memory retrieval in the primate temporal cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koyano, K. W., Takeda, M., Matsui, T., Hirabayashi, T., Ohashi, Y. and Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 92 ページ: 518-529
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.09.024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Efficient ArchT-mediated optogenetic inhibition by red-shifted off-peak 594-nm light in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Setsuie, R., Tamura, K., Takeda, M., Miyamoto, K. and Miyashita, Y.
  • 学会等名: SfN's 46th annual meeting
  • 発表場所: サンディエゴ（米国）
  • 年月日: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Hierarchical prefrontal network arising from frontal pole area 10 during contextual memory retrieval. (2016)
  • 著者名/発表者名: Osada,T., Adachi, Y., Miyamoto, K., Jimura, K., Setsuie, R., Watanabe, T. and Miyashita, Y.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [備考] Miyashita Lab.
  • URL: http://www.physiol.m.u-tokyo.ac.jp/